Mangan

R1asD1PjBQSJ6
Mangan.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Mangan jest przedstawicielem pierwiastków bloku d układu okresowego. To metal o srebrzystoszarej barwie. Charakteryzuje się dużą twardością i kruchością. Jest dość reaktywny chemicznie. Posiada 15 izotopów, których liczby masowe przyjmują wartości od 49 do 62. W przyrodzie występuje w postaci tylko jednego izotopu - izotopu Mn55.

bg‑pink

Występowanie manganu

Naturalnie mangan nie występuje w stanie wolnym, ale w postaci różnych związków. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,095 %, przez co zajmuje dwunaste miejsce wśród pierwiastków, a drugie (po żelazie) wśród metali ciężkichmetale ciężkiemetali ciężkich pod względem rozpowszechnienia.

Ciekawostka

Rudy manganu są wykorzystywane głównie to otrzymywania stopustop metalistopu z żelazem (tzw. żelazomangan).

RFpEnzf7yRwzS1
Na mapie świata zaznaczono następujące rejony: Gruzja, Nigeria, Zambia, Myanmar, Maroko, Iran, Turcja, Indonezja, Australia, Francja, Gabon, Ghana, Brazylia, Chiny, Indie, Malezja, Ukraina, Wybrzeże Kości Słoniowej, Kazachstan.
Występowanie rud manganu na świecie.
Źródło: Na podstawie www.geografia24.eu.
bg‑pink

Mangan - składnik skał i minerałów

W przyrodzie mangan nie występuje w stanie metalicznym, ale jest składnikiem skał i minerałów. Głównymi minerałami manganu są:

  • piroluzyt (braunsztyn);

  • hausmanit;

  • manganit;

  • braunit;

  • szpat manganowy (rodochrozyt);

  • rodonit.

Ciekawostka

Umbra to pigment zawierający tlenek żelaza(III) i manganu(IV). Jego nazwa pochodzi o regionu we Włoszech - Umbri.

Piroluzyt

Piroluzyt to minerał, składający się z tlenku manganu(IV) - MnO 2 . Zawiera około 60‑63 % manganu. Jest głównym składnikiem braunsztynu - rudy manganu.

R1bdbsB7jK9LZ
Piroluzyt – braunsztyn
Źródło: dostępny w internecie: pl.wikipedia.org, domena publiczna.

Występowanie złóż: Rosja (Ural), Indie, Południowa Afryka, Ukraina, Brazylia. W Polsce występuje na Dolnym i Górnym Śląsku.

Hausmanit

Minerał, który składa się z dwóch tlenków manganu na II i III stopniu utlenienia ( MnO oraz Mn 2 O 3 ), posiada następujący wzór: MnO·Mn 2 O 3 lub w sposób uproszczony:  Mn 3 O 4 .

R1XF21ENCZqS0
Hausmanit
Źródło: Rob Lavinsky, iRocks.com, dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10161477, licencja: CC BY-SA 3.0.

Występowanie złóż: Rosja, RPA, Szwecja, Bułgaria, Niemcy, Brazylia. Z kolei w Polsce występuje na Dolnym Śląsku.


Manganit

Manganit to tlenowodorotlenek manganu MnO(OH), czasami przedstawiany również w formie wzoru Mn 2 O 3 · H 2 O .

R1TGzq7TA0PBH
Manganit
Źródło: Rob Lavinsky, dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Występowanie złóż: Niemcy, Ukraina, Wielka Brytania, Szwecja, Włochy, Kanada, Chiny, Indie. W Polsce: Tarnowskie Góry i Dolny Śląsk oraz Tatry.


Braunit

Minerał jest złożonym krzemianem tlenku manganu(III), a jego wzór chemiczny jest dość skomplikowany i przedstawia się. następująco: 3 Mn 2 O 3 ·MnSiO 3 lub Mn2+Mn3+6[O8|SiO4] lub Mn2+Mn3+6[SiO12]. Składa się głównie z tlenku manganu(III) oraz w mniejszych ilościach z tlenku krzemu(IV) i tlenku manganu(II).

R1Mu8emFVyIQL
Braunit
Źródło: Rob Lavinsky, dostępny w internecie: pl.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Występowanie złóż: Kazachstan, Rosja (Ural), Indie, Brazylia, RPA, USA (Teksas), Szwecja, Niemcy. W Polsce w okolicach Wałbrzycha.


Szpat manganowy (rodochrozyt)

Minerał składający się z węglanu manganu(II) - MnCO 3 .

R1IWJshBtXZ55
Szpat manganowy, inaczej rodochrozyt
Źródło: JJ Harrison, dostępny w internecie: en.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.

Występowanie złóż: USA (Kolorado), Argentyna, Niemcy, Austria, Peru, Meksyk, Rumunia. W Polsce w okolicach Wałbrzycha i Tarnowskich Gór.


Rodonit

Minerał jest krzemianem manganu i wapnia. Jego wzór chemiczny przedstawia się następująco: CaMn4Si5O15. Może zawierać domieszki żelaza, potasu oraz magnezu. Posiada do 42% manganu.

R14NpLQ9bQyjb
Rodonit
Źródło: Parent Géry, dostępny w internecie: en.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Występowanie złóż: Rosja, Ukraina, Australia, Japonia, Meksyk, Szwecja, Tanzania, USA, Włochy.

bg‑pink

Mangan w organizmach żywych

Mangan występuje również w minimalnych ilościach w organizmach żywych, gdyż bierze udział w procesach biochemicznych.

Polecenie 1

Mangan jest wszechobecny w środowisku. Stanowi około 0,1% skorupy ziemskiej. Pierwiastek ten nie występuje naturalnie jako metal w skali makroskopowej, ale jest składnikiem ponad 100 minerałów, w tym różnych siarczków, tlenków, węglanów, krzemianów, fosforanów i boranów. Zapoznaj się z mapą myśli dotyczącą najważniejszych źródeł manganu obecnych w przyrodzie i produktach, a następnie wykonaj ćwiczenia.

RAVU1OkRHse9w1
Mapa myśli. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Mangan
    • Elementy należące do kategorii Mangan
    • Nazwa kategorii: Źródła naturalne
      • Elementy należące do kategorii Źródła naturalne
      • Nazwa kategorii: Piroluzyt - dwutlenek manganu, MnO[subscript]2[/]
      • Nazwa kategorii: Rodochrozyt - węglan manganu, MnCO[subscript]3[/]
      • Nazwa kategorii: Rodonit - krzemian manganu, CaMn[subscript]4[/][[Si[subscript]5[/]O[subscript]15[/]]]
      • Nazwa kategorii: Hausmannit - czterotlenek manganu, Mn[subscript]3[/]O[subscript]4[/]
      • Nazwa kategorii: Psylomen - Ba(Mn[superscript]2+[/])(Mn[superscript]4+[/])[subscript]8[/]O[subscript]16[/](OH)[subscript]4[/]
      • Nazwa kategorii: Manganit - tlenowodorotlenek manganu, γ‑MnO(OH)
      • Nazwa kategorii: Braunit - tlenokrzemian manganu, (Mn[superscript]2+[/])(Mn[superscript]3+[/])[subscript]6[/](SiO[subscript]4[/])O[subscript]8[/]
      • Nazwa kategorii: Bementyt - wodny krzemian manganu o składzie MnSiO[subscript]3[/]∙ H[subscript]2[/]O
      • Koniec elementów należących do kategorii Źródła naturalne
    • Nazwa kategorii: Źródła antropogeniczne
      • Elementy należące do kategorii Źródła antropogeniczne
      • Nazwa kategorii: Zrzuty ścieków komunalnych
      • Nazwa kategorii: Osady ściekowe
      • Nazwa kategorii: Wydobycie i przeróbka minerałów (w szczególności niklu)
      • Nazwa kategorii: Emisje z produkcji stopów, stali i żelaza
      • Nazwa kategorii: Spalanie paliw kopalnych
      • Nazwa kategorii: Emisje ze spalania dodatków do paliw
      • Koniec elementów należących do kategorii Źródła antropogeniczne
    • Nazwa kategorii: Występowanie w organizmach żywych
      • Elementy należące do kategorii Występowanie w organizmach żywych
      • Nazwa kategorii: Mitochondria
      • Nazwa kategorii: Komórki nerek i wątroby
      • Nazwa kategorii: Chloroplasty
      • Nazwa kategorii: Skóra
      • Nazwa kategorii: Komórki mózgu
      • Nazwa kategorii: Mikroelementy organizmów żywych
      • Koniec elementów należących do kategorii Występowanie w organizmach żywych
    • Nazwa kategorii: Występowanie w produktach
      • Elementy należące do kategorii Występowanie w produktach
      • Nazwa kategorii: Kawa
      • Nazwa kategorii: Herbata zielona i czarna
      • Nazwa kategorii: Zboża
      • Nazwa kategorii: Ciemna czekolada
      • Nazwa kategorii: Kakao
      • Nazwa kategorii: Kasze jaglana, gryczana, jęczmienna
      • Nazwa kategorii: Ryż brązowy
      • Nazwa kategorii: Owoce
        • Elementy należące do kategorii Owoce
        • Nazwa kategorii: Suszone
        • Nazwa kategorii: Awokado
        • Koniec elementów należących do kategorii Owoce
      • Nazwa kategorii: Orzechy
        • Elementy należące do kategorii Orzechy
        • Nazwa kategorii: Laskowe
        • Nazwa kategorii: Nerkowce
        • Nazwa kategorii: Włoskie
        • Koniec elementów należących do kategorii Orzechy
      • Nazwa kategorii: Warzywa
        • Elementy należące do kategorii Warzywa
        • Nazwa kategorii: Buraki
        • Nazwa kategorii: Jarmuż
        • Nazwa kategorii: Groszek
        • Nazwa kategorii: Szpinak
        • Koniec elementów należących do kategorii Warzywa
        Koniec elementów należących do kategorii Występowanie w produktach
      Koniec elementów należących do kategorii Mangan
Mapa pojęć pt. Występowanie manganu
Źródło: GroMar Sp. z o.o. oprac. na podst. Foster H., Schenker S., Manganese: functions, foods, deficiency and supplements, dostępny pod adresem: https://www.hollandandbarrett.com, licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑pink

Funkcje manganu w organizmach żywych

Mangan w organizmach żywych występuje w formie Mn2+.

Rb85lxPHNnBbw
Mitochondria. Mitochondria są to struktury wewnątrzkomórkowe, których funkcja jest ściśle związana z procesami utleniania biologicznego. Na ilustracji znajduje się schemat mitochondrium zwierzęcego z opisem budowy. Mitochondrium ma pałeczkowaty kształt. Składa się z błony zewnętrznej i wewnętrznej. Między błonami jest przestrzeń perimitochondrialna. Mitochondrium w środku wypełnia grzebień mitochondrialny, a w nim znajdują się ziarnistości, rybosomy, macierz mitochondrialna (matriks), kompleksy syntazy ATP oraz D N A. W mitochondriach mangan pełni rolę aktywatora enzymów cyklu kwasu cytrynowego oraz ko faktora enzymu uczestniczącego w oddychaniu komórkowym. Wyjaśnienie pojęcia kofaktor: Substancja niebiałkowa, która współdziała z enzymem. Przykład enzymu, gdzie mangan jest kofaktorem to dysmutaza ponadtlenkowa manganu –Mn S O D, gdzie mangan katalizuje konwersje rodników ponadtlenkowych do nadtlenku wodoru, który może być redukowany do wody przez inne enzymy., Komórki wątroby i nerek. Mangan pełni rolę aktywatora karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa i kofaktora enzymu (karboksylaza pirogronianowa) uczestniczących w glukoneogenezie. Glukogeneza to szlak metaboliczny przebiegający w wątrobie i polegający na przekształcaniu pirogronianu i innych substancji w glukozę. Na ilustracji znajdują się helisy - spirale i nitki ułożone w różnych kierunkach. Spirale zamykają się w kształcie kwadratu. Tworzą dwa niebieskie i dwa żółte skupiska, występujące naprzemiennie. Pomiędzy spiralami występują czerwone, zielone oraz niebiesko‑białe kulki. W przestrzeni centralnej spirali są nieliczne zielone spirale., Mikroelement. Mangan jako mikroelement pomaga usunąć zmęczenie, zapewnia prawidłowe odruchy mięśniowe i odgrywa rolę w zapobieganiu osteoporozie. Jest niezbędny do prawidłowej budowy kości. Ponadto pełni ważną rolę w powstawaniu tyroksyny – hormonu tarczycy i poprawia pamięć. Łagodzi też objawy rozdrażnienia, pomaga w prawidłowym funkcjonowaniu centralnego układu nerwowego oraz odgrywa pewną rolę w procesach reprodukcji. Pełni ważną rolę w zapewnieniu płodności oraz jest potrzebny do prawidłowego procesu trawienia i utylizacji produktów pokarmowych. Ilustracja przedstawia różne tabletki. Znajdują się w organizerze na tabletki., Chloroplasty stanowią ciałka zieleni otoczone podwójną błoną białkowo‑lipidową występującą u roślin i glonów eukariotycznych, które zawierają zielone barwniki (chlorofile) pochłaniające energię światła słonecznego niezbędną do fotosyntezy. To w chloroplastach ma miejsce przemiana dwutlenku węgla oraz wody w glukozę oraz tlen, z wykorzystaniem energii świetlnej. Ilustracja przedstawia przekrój przez owalną strukturę chloroplastu. Wewnątrz znajdują się płaskie struktury, ułożone w stosy. Mangan stanowi aktywator enzymu fazy jasnej fotosyntezy, jest odpowiedzialny za wydzielenie tlenu w procesie fotosyntezy., Skóra. Mangan poprawia stan skóry poprzez wpływ na wytwarzanie melaniny (odpowiada za pigmentację), stanowi naturalną ochronę przed promieniami UV oraz działa na enzymy odpowiedzialne za wytwarzanie wolnych rodników. Ilustracja przedstawia ludzkie dłonie., Komórki mózgu. Synteza glutaminowa (GS), enzym zależny od Mn, odgrywa ważną rolę w metabolizowaniu azotu poprzez katalizowanie reakcji kondensacji glutaminianu i amoniaku z wytworzeniem glutaminy. Aktywność syntetazy glutaminowej jest również ważna w tkankach mięśniowych, nerkowych i mózgowych. Mózg jest szczególnie wrażliwy na obecność amoniaku, a zatem aktywnie wytwarza glutaminę z amoniaku. Syntetaza glutaminowa (GS) odgrywa kluczową rolę w mózgu w detoksykacji amoniaku i reguluje stężenie i dzieli na przedziały pule neuroprzekaźników glutaminianu i kwasu gamma‑aminomasłowego (GABA). Niedobór GS jest rzadkim stanem autosomalno‑recesywnym, objawiającym się głęboką encefalopatią (ogólne określenie uszkodzenia mózgowia) noworodkową ze śpiączką, ciężką dysfunkcją opuszki, zwężeniem naczyń i śmiercią krótko po urodzeniu w wyniku niewydolności wielonarządowej. Ilustracja przedstawia żółte spirale - helisy i nitki. Pomiędzy nimi znajdują się niebieskie struktury w kształcie wstążek., Hepatocyty (komórki wątroby). Mangan pełni rolę kofaktora enzymu biorącego udział w cyklu mocznikowym (katalizuje hydrolityczny rozpad argininy do mocznika H2N C O NH2 i ornityny H2N-(CH2)3‑CH(NH2)-C O O H). Arginaza jest końcowym enzymem cyklu mocznikowego, który zawiera w swojej strukturze mangan. Na ilustracji znajdują się modele kulkowe, przestrzenne związków.
Mangan i jego funkcje w organizmach żywych.
Źródło: Chen, P.; Bornhorst, J.; Aschner, M.; Manganese metabolism in humans, Front Biosci (Landmark Ed), 2018, 23,1655-1679., licencja: CC BY 3.0.
Wyjaśnienie pojęcia kofaktor:
Wyjaśnienie pojęcia kofaktor:

Substancja niebiałkowa, która współdziała z enzymem.

Ćwiczenie 1
RnOBT1eBtiDFN
Przyporządkuj wzory sumaryczne do nazw minerałów. Piroluzyt Możliwe odpowiedzi: 1. MnO2, 2. γ‑MnO(OH), 3. MnCO3, 4. Mn3O4 Rodochrozyt Możliwe odpowiedzi: 1. MnO2, 2. γ‑MnO(OH), 3. MnCO3, 4. Mn3O4 Hausmannit Możliwe odpowiedzi: 1. MnO2, 2. γ‑MnO(OH), 3. MnCO3, 4. Mn3O4 Manganit Możliwe odpowiedzi: 1. MnO2, 2. γ‑MnO(OH), 3. MnCO3, 4. Mn3O4
Ćwiczenie 2

Wymień 5 funkcji manganu jako mikroelementu?

RlQ7pqTE6bCYc
Odpowiedź: (Uzupełnij).
Ćwiczenie 3
R17wutCDpuHjn
Wymień 3 źródła antropogeniczne, w których spotykany jest mangan? (Uzupełnij).
bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk
(Uzupełnij).
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
metale ciężkie
metale ciężkie

termin przyjęty umownie na określenie pierwiastków metalicznych, których gęstość jest większa niż 4,5 gcm3, np. srebro, iryd.

stop metali
stop metali

mieszanina substancji, składająca się z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych, z których jeden występuje w przeważającej ilości i jest metalem